Un aperçu de la comparaison de structures d`ARN « Bio

07/02/2011
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Un aperçu de la
comparaison de structures
d’ARN
Alain Denise
Cours ABA 2010-2011
M2 Bioinformatique et Biostatistiques
« Bio-Algorithmique » de l’ARN
•Prédiction de structure en fonction de la
séquence
• Détermination d’une séquence en fonction de
la structure
•Détection de motifs structurels dans une
séquence ou dans une structure
•Comparaison de deux ou plusieurs structures
•Recherche de sous-structures communes à
deux ou plusieurs structures
Préliminaire :
-distance d’ édition de deux
séquences
- programmation dynamique
Distance d’édition de 2 séquences
Deux séquences v = v1v2…vnet w = w1w2…wm
Opérations d’édition :
•ins(x,i)
•suppr(x,i)
•subs(x,y,i)
CHAT - suppr(C,1) HAT - subs(H,R,1) RAT
•Chaque modification a un poids, dépendant de
l’opération et des lettres en cause.
• Distance d’édition entre v et w : poids minimal
d’une suite d’opérations permettant de transformer v
en w.
CHAT - suppr(C,1) HAT - subs(H,R,1) RAT
Distance d’édition de 2 séquences
v = v1v2…vn w = w1w2…wm
s(x,y) : score de substitution de x en y
s(x,-) : score de suppression de x
s(-,y) : score d’insertion de y
D(v,w) : distance d’édition de v et w
Needleman, Wunsch 1970, Gotoh 1982
D(v1…vi,w1…wj) = Min {
D(v1…vi-1,w1…wj-1) + s(vi,wj)
D(v1…vi-1,w1…wj) + s(vi,-)
D(v1…vi,w1…wj-1) + s(-,wj)
}
Distance d’édition de 2 séquences

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v1v2… … … vn
w1…
w2…
… … … … … … …
… … … … … … …
wm…
v1v2………vn
w1…
w2…
…………………
…………………
wm…
s(v2,w1)
s(v2,-)
s(-,w1)
D(v1…vi,w1…wj) = Min { D(v1…vi-1,w1…wj-1) + s(vi,wj)
D(v1…vi-1,w1…wj) + s(vi,-)
D(v1…vi,w1…wj-1) + s(-,wj)
}
vi vi-1 v1
wjs(vi,wj) s(vi,-)
s(-,wj)
wj-1
w1s(v1,w1) s(v1,-)
s(-,w1)
…
…
…
Comparaison de structures
d’ARN
07/02/2011 Projet Brasero - ANR Blanc 2006 11
•A quel point ces structures sont-elles
similaires (ou différentes ?)
classification
phylogénie
•Quelles parties des deux structures
se ressemblent le plus ?
•La petite est-elle similaire à une
partie de la grande ?
Comparaison score + correspondance entre les structures
Pourquoi comparer des ARN ?
07/02/2011 Projet Brasero - ANR Blanc 2006 12
Comparer les séquences ne suffit pas

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Séquences arc-annotées
Séquences arc-annotées
Séquences arc-annotées
Séquences arc-annotées
Opérations d’édition
•Opérations on bases:
–Substitution: A C
–Deletion / Insertion: A 
•Operations on arcs:
–Arc-substitution: C G U A
–Arc-deletion / Arc-insertion: C G 
–Arc-breaking / : C G C G
–Arc-altering / : C G C -
Une édition de deux structures

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General Crossing Nested Plain
General NP-complete
Crossing NP-complete
Nested NP-
complete O(nm3)
Plain O(nm /
logn)
•Jiang, Lin, Ma, Zhang 2002
•Blin, Fertin, Rusu, Sinoquet 2003
•Crochemore, Landau, Ziv-Ukelson 2002
Complexity of the edition problem
The « nested-nested » case
Secondary structures (without pseudokots)
Tree comparison
Structure 2aire arbre
Structure 2aire arbre
Structure 2aire arbre
Structure 2aire arbre

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Structure 2aire arbre
Structure 2aire arbre
Structure 2aire arbre
Structure 2aire arbre
Structure 2aire arbre
Différentes échelles de
représentation